EP1670836A1 - Catalyst system for producing diene and vinyl aromatic homopolymers and copolymers by anionic polymerisation - Google Patents
Catalyst system for producing diene and vinyl aromatic homopolymers and copolymers by anionic polymerisationInfo
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- EP1670836A1 EP1670836A1 EP04765819A EP04765819A EP1670836A1 EP 1670836 A1 EP1670836 A1 EP 1670836A1 EP 04765819 A EP04765819 A EP 04765819A EP 04765819 A EP04765819 A EP 04765819A EP 1670836 A1 EP1670836 A1 EP 1670836A1
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- B60C1/00—Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F36/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds
- C08F36/02—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds
- C08F36/04—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds conjugated
Definitions
- the present invention relates to a process for the production of optionally coupled non-blocking polymers based on conjugated dienes and optionally monovinylaromatic compounds by anionic polymerization, and to the process products or polymers prepared in this way and their use, in particular for the production of damping materials, tires and tire components as well as technical rubber articles.
- modifiers so-called modifiers, randomizers or microstructure regulators
- modifiers are used in modern solution polymers both for the homopolymerization and for the copolymerization of dienes and vinylaromatics in order to adjust these tailored microstructures.
- modifier microstructure controller
- randomizer randomizer
- EP-A-0 304 589 describes certain ethylene glycol dialkyl ethers as suitable microstructure regulators.
- these compounds show a significant drop in the microstructural control action at higher polymerization temperatures and at the same time do not have an optimal randomizer action.
- a major disadvantage of the microstructure regulators of the prior art is the frequently weakening regulating action when the polymerization temperature rises. It is known, for example, that with the frequently used microstructure regulator tetramethylethylenediamine (TMEDA) in isoprene polymerization, with a microstructure regulator / initiator molar ratio of about 5, high levels of 3,4-structural units occur, but at the same time the polymerization rate drops significantly (cf.
- TMEDA tetramethylethylenediamine
- EP 0 507 222 AI and US-A-5 112 929 claim for this purpose cyclic 1,3-dioxolane acetals, such as. B. 2- (2-oxolanyl) dioxolane, as a microstructure regulator for the anionic polymerization of dienes. However, no statement is made regarding the polymerization rates achieved with this.
- alkyl tetrahydrofurfuryl ethers are essentially suitable Modifier for the anionic Polymerization of dienes described. These regulators are said to be able to achieve much higher polymerization rates in the case of isoprene polymerization than in the case of TMEDA. However, these connections are still too slow and at the same time are noticeable in the rubber by an unpleasant smell.
- microstructure regulators based on bidentate and tridentate Lewis bases of alkylamino ethers or cyclic dioxolane (dioxane) alkyl ethers and cyclic oxolane (dioxane) alkylamino ethers are mentioned, which for Production of homopolymers and copolymers of dienes and vinylaromatics can be used at high polymerization temperatures.
- US Pat. No. 5,300,599 describes alcoholates based on tetrahydrofurfuryl alcohol, which can be used as modifiers in anionic solution polymerization. To further increase the rate of polymerization, alcoholates are added in many cases in addition to the polar modifier.
- US Pat. Nos. 5,906,956 and 5,667,402 describe a complex anionic initiator system which simultaneously consists of a lithium initiator, a sodium alcoholate and a polar modifier.
- the US patent application 2002/0045720 AI describes a complex initiator system consisting of a lithium initiator, a calcium alcoholate and a lithium alkoxide, but only styrene / butadiene copolymers with a low 1,2 content can be produced.
- Another object of the present invention is to provide a method of the type described above which at least largely avoids or at least mitigates the aforementioned disadvantages of the prior art.
- Yet another object of the invention is to produce non-blocking polymers (ie, in the case of diene copolymerization, the styrene units should be largely incorporated statically in the polymer chain, so that the copolymers can be used, in particular, for producing tires and damping materials and technical rubber articles, for example)
- the polymers or rubbers obtainable by this process should have a glass transition temperature in the range from -70 ° C. to +10 ° C., in particular -30 ° C. to 0 ° C.
- the subject of the present invention - according to a first aspect of the present invention - is thus a method according to claim 1. Further advantageous embodiments are the subject of the subordinate claims (claims 2 to 20).
- Another object of the present invention - in accordance with a second aspect of the present invention - are the products or polymers (ie rubbers) obtainable by the process according to the invention.
- the process products or polymers (ie polymers or copolymers) according to the invention are particularly noteworthy by a high proportion of 1,2-structural units of butadiene and 1,2- and 3,4-structural units of isoprene.
- Yet another object of the present invention - according to a third aspect of the present invention - is the use of the products or polymers obtainable by the process according to the invention, as described in more detail in claims 22 to 26.
- Yet another object of the present invention - according to a fourth aspect of the present invention - are the products produced with the polymers obtainable according to the invention, in particular damping materials, tires and tire components (e.g. tire treads or sidewalls) and technical rubber articles, according to claim 27.
- a further object of the present invention - according to a fifth aspect of the present invention - is the use of a catalyst system used according to the invention as described in claim 26, as described in claims 1 to 20.
- the present invention therefore relates, inter alia, to a process for the production of optionally coupled non-blocking polymers based on conjugated dienes and, if appropriate, monovinylaromatic compounds, in particular at high temperatures, and the process products obtainable in this way and their use for the production of tires and tire parts, damping elements and technical rubber materials.
- the process products are characterized by a high proportion of 1,2-structural units of butadiene and 1,2- and 3,4-structural units of isoprene.
- organolithium compound e.g. an alkyl lithium umthetic
- the alcoholates optionally used according to the invention are in a non-polar hydrocarbon by reaction z. B. with sodium or potassium and the corresponding alcohols by standard methods.
- B. Calcium and magnesium are assumed from Ca (OH) 2 or Mg (OH) 2 .
- alkyl acetals have both the properties of a good microstructure regulator and those of a good randomizer. Compared to the many other known Lewis bases, the alkyl acetals used according to the invention also show a pronounced microstructure control action even at high polymerization temperature (ie short reaction times). These alkyl acetals can be used both alone with the initiator and at the same time in combination with the alcoholates provided according to the invention.
- alkyl acetals Another advantage of the aforementioned alkyl acetals is their relatively good accessibility, either as commercially available products or through manageable synthesis methods. Another advantage of these alkyl acetals is that many of these compounds are EINECS-listed - EINECS is the abbreviation for European Inventory of Existing Commercial Substances - so that costly approval procedures are not necessary.
- alkyl acetals according to the general formula (I a) are used as modifiers of the aforementioned type
- A denotes a radical -OR 1 or a radical -NR 4 R 5 , where R 1 , R 4 and R 5 , each independently of the other, denote a C r C 4 alkyl radical;
- R 2 and R 3 each independently represent C, -C 4 alkyl radicals; and • n is 0, 1 or 2.
- the radicals R 1 to R 5 each independently of one another, represent a methyl or ethyl radical, preferably an ethyl radical
- the radical B can denote hydrogen and n can be 0 or 1.
- the alkyl radicals R 1 to R 5 each independently of one another, represent a methyl or ethyl radical
- the radical A can be a group —OR 1 , as previously defined
- the radical B can denote hydrogen and n can be 0 or 1.
- alkyl acetals which are selected from the group consisting of 1, 1, 2-triethoxyethane, l, l-diethoxy-2-methoxyethane, l-ethoxy-l, 2-dimethoxyethane, 1, 1,2-trimethoxyethane, 2-ethoxy-l, l-dimethoxyethane, 1,2-diethoxy-l-methoxyethane and (2-methoxyethoxy) acetaldehyde dimethyl acetal.
- alkyl acetals which are selected from the group consisting of 1,1,2,2-tetraethoxyethane, 1, 1,2,2-tetramefhoxyethane, 1, 1,3,3-tetraethoxypropane and 1,1,3,3-tetramethoxypropane.
- the radical R independently of one another denotes a C r C 4 alkyl radical n Q or hydrogen
- x is equal to 0.1 or 2
- the radicals R, R and R 10 each independently of one another, represent C r C 4 alkyl radicals
- the radical R can be a methyl or ethyl radical, preferably a methyl radical R and R radicals, each independently of the other, represent methyl or ethyl radicals
- the radical R can be hydrogen and x can be 0.
- 2,2-dimethoxymethyl-1,3-dioxolane or 2,2-diethoxymethyl-1,3-dioxolane are very particularly preferably used as modifiers.
- the modifiers or alkyl acetals used according to the invention such as. B. the substituted 1,3-dioxolane derivatives, according to the general formulas given above, add a potassium or sodium alcoholate in order to further improve the statistical distribution of the styrene units in the copolymers.
- the alkali metal or alkaline earth metal salts in particular potassium or sodium salts, mono- or polyhydric alcohols and phenols and mono- or polyvalent carboxylic acids come into consideration.
- the alkyl groups with 2 to 8 carbon atoms are particularly suitable.
- the potassium compounds are preferred.
- Examples include the sodium or potassium salts of dimethylamine, di-n-butylamine, dibutylamine, lauric acid, palmitic acid, stearic acid, benzoic acid, phthalic acid, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, propyl alcohol, tert-butyl alcohol, tert. -Amyl alcohol, n-hexyl alcohol, cyclohexyl alcohol or phenol. Potassium tert-butoxide and potassium tert-amylate are particularly preferably used.
- the molar ratio of microstructure regulator to alcoholate can be in the range from 1: 0.1 to 1: 1.
- Anionic surface-active compounds with a hydrophilic group such as. B.
- -S0 3 M or -OS0 3 M where M is potassium or sodium or rubidium, are additionally added to the initiator.
- examples are salts of alkylarylsulfonic acids, such as.
- potassium stearyl benzene sulfonate potassium dodecyl benzene sulfonate, potassium nonyl benzene sulfonate and potassium decyl benzene sulfonate or salts of sulfuric acid esters of higher alcohols, such as.
- potassium stearyl sulfate potassium dodecyl sulfate, potassium decyl sulfate, potassium nonyl sulfate and potassium N-methyl taurate, to name a few.
- An inert organic solvent is used as the reaction medium.
- Particularly suitable are hydrocarbons with 5 to 12 carbon atoms, such as Pentane, hexane, heptane and octane, and their cyclic analogues.
- Aromatic solvents such as. As benzene, toluene and the like. Mixtures of the compounds described above can of course also be used.
- the alkyl radicals have 1 to 10 carbon atoms. Individual hydrogen atoms can be substituted by phenyl radicals.
- the following alkyl lithium compounds are particularly suitable: methyl lithium, ethyl lithium, pentyllithium. Sec. And n-butyl lithium are preferred.
- bifunctional organic lithium compounds can also be used. However, these are less accessible and, in particular, less inexpensive than their monofunctional analogues if one wishes to produce star-shaped solution rubbers.
- the amount of catalyst used depends on the molecular weight to be adjusted. This is usually in the range of 50,000 to 1,500,000.
- the modifier and the alcoholate are preferably metered in at the start of the reaction.
- the modifier or the alcoholate can also be added during the polymerization, if this should be expedient for certain reasons.
- the modifiers according to the invention can be used individually or in any proportion to one another.
- the catalyst system used according to the invention can be metered in different variants.
- the modifier and the alcoholate can be added individually before the actual polymerization, the alcoholate expediently in an inert solvent, such as. B. heptane is dissolved.
- Another preferred embodiment consists in using the alcoholate in admixture with the modifications according to the invention. The solubility is sufficient and the necessary amount In this way, alcoholate can be introduced into the polymerization reactor in one step using the modifier.
- the following compounds are particularly suitable as conjugated dienes: 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene (pipylene), 2,3-dimethyl 1,3-butadiene and 1,3-hexadiene.
- 1,3-Butadiene and isoprene are particularly preferred.
- the following 10 vinyl aromatic compounds are considered: 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, styrene, 1-vinylnaphthalene and 2-vinylnaphthalene, styrene being particularly preferred.
- Both the vinyl aromatic compounds and the conjugated dienes can be used individually or as a mixture with one another.
- a variant of the process according to the invention consists in coupling the polymerization units obtained after the monomers have been largely reacted with a coupling agent to form star-shaped polymers.
- Suitable coupling agents for this purpose are, in particular, tetrahalides of the elements silicon, germanium, tin and lead as well as aromatics which carry at least 2 vinyl groups, such as, for. B. 1,3,5-trivinylbenzene and 1,3- and 1,4-divinylbenzene.
- the polymerization is generally carried out in the temperature range from 50 to 90 25 ° C.
- the polymerization is preferably carried out at temperatures from 80 to 150.degree.
- Coupling is carried out in particular at temperatures from 0 to 150 ° C., preferably 40 to 100 ° C.
- the process can be operated batchwise or continuously.
- the amorphous polymers obtained are to be processed into vulcanizates, they are mixed in particular with active, reinforcing fillers, a vulcanizing agent and customary additives.
- active and inactive fillers used in the rubber industry are used as fillers.
- these are the highly disperse silicas treated with silane coupling agents with specific surface areas of 5 to 1,000 m 2 / g, preferably 20 to 400 m 2 / g, and with primary particle sizes from 10 to 400 nm and carbon blacks with BET surfaces of 20-200 m 2 / g.
- the fillers can be used alone or as a mixture of different fillers.
- Masses which are intended for the production of tire treads are generally formed into raw tread strips.
- homogenization and shaping which can be carried out, for example, in an extruder, the conditions of temperature and time are chosen so that no vulcanization occurs.
- the rubber component consists in this case, for example, 10 to 70% by mass of a reaction product obtainable according to the invention and 90 to 30% by mass of a known, amorphous, highly unsaturated general-purpose rubber, such as. B. styrene / butadiene rubber, 1, 4-cis polybutadiene, 1, 4-cis polyisoprene and natural rubber.
- Usual vulcanizing agents contain e.g. B. sulfur in combination with accelerator.
- the amount of the vulcanizing agent depends on the other components in the vulcanizable mass and can be determined by simple, orientation tests.
- the usual plasticizing oils in rubber technology preferably aromatic, aliphatic and naphthenic and paraffinic hydrocarbons, as well as conventional auxiliaries such as zinc oxide, stearic acid, resin acids, anti-aging agents and ozone protection waxes, can be added in the usual amounts.
- the polymers according to the invention are particularly suitable for the production of treads for car and truck tires, both for the production of new tires and for the retreading of old tires.
- the tire treads obtained are characterized by an excellent braking effect both when ABS braking and when braking on wet roads. Also to be emphasized is the extraordinarily high reversibility ons stability in the vulcanization process and the extraordinarily high network stability of the tire treads under dynamic stress.
- the alcoholates can be with standard methods such as. B. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume AI, page 298, 1985, produce.
- the alcoholates are used in the form of an approximately 30 to 50% solution in heptane.
- the modifiers 1, 1, 2-triethoxyethane (TEE) and l, l-diethoxy-2-methoxyethane (DEME) are commercially available from Aldrich and Lancaster Synthesis.
- the polymers according to the invention are produced as follows:
- a hydrocarbon mixture which consists of approximately 50% n-hepane and is referred to as a C 6 cut is used as the solvent. Further components of this mixture are in particular pentane, heptane and octane and their isomers.
- the solvent is dried over a molecular sieve with a pore size of 0.4 nm, so that the water content is reduced to below 10 ppm, and then stripped with sodium.
- the organic lithium compound is n-butyllithium ("n-BuLi" or "BuLi”), which is used in the form of a 15% by weight solution in hexane. Isoprene is separated from the stabilizer by distillation before use.
- the modifiers are dried over aluminum oxide and then titrated with n-butyllithium in the presence of o-phenanthroline.
- the microstructure of the polymers is determined by 1H-NMR.
- the reaction rate constant is calculated from the time / conversion curves in accordance with a first order reaction.
- Example 2 700 g of heptane, 75 g (1.10 mol) of isoprene and 0.629 g of DEME (4.25 mmol) are introduced as modifiers into a 2-1 steel autoclave under a nitrogen atmosphere.
- the contents of the reactor are titrated with 0.4 mmol of n-butyllithium (14% strength solution in hexane) until the color changes, after addition of 0.95 ml of 1% benzene o-phenanthroline solution, and the polymerization started by adding 0.85 mmol of n-butyllithium.
- the polymerization temperature is kept isothermally at 70 ° C. After 30 minutes, a sample is taken and the conversion is determined. Further processing is carried out as in Example 1.
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Abstract
The invention relates to a method for producing, if necessary, coupled non-aligned polymers based on conjugated dienes or copolymers based on conjugated dienes and vinyl aromatic compounds by anionic polymerisation in an inert organic solvent in the presence of a catalyst system which consists of (a) at least one lithium organic compound in the form of an initiator, (b) at least one polar multidentate acetal compound in the form of a modifier and (c) at least one type of alcoholate, if necessary. The inventive method makes it possible to advantageously produce diene and vinyl aromatic homopolymers and copolymers provided with a specific structure, in particular at high polymerisation temperatures, thereby reducing reaction duration.
Description
Katalysatorsystem zur Herstellung von Homo- und Copolymeren von Dienen und Vinylaromaten durch anionische Polymerisation Catalyst system for the production of homopolymers and copolymers of dienes and vinylaromatics by anionic polymerization
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegebe- nenfalls gekuppelten blockfreien Polymerisaten auf Basis von konjugierten Dienen und gegebenenfalls monovinylaromatischen Verbindungen durch anionische Polymerisation sowie die auf diese Weise hergestellten Verfah- rensprodukte bzw. Polymerisate und deren Verwendung, insbesondere zur Herstellung von Dämpfungsmaterialien, Reifen und Reifenbauteilen sowie von technischen Gummiartikeln.The present invention relates to a process for the production of optionally coupled non-blocking polymers based on conjugated dienes and optionally monovinylaromatic compounds by anionic polymerization, and to the process products or polymers prepared in this way and their use, in particular for the production of damping materials, tires and tire components as well as technical rubber articles.
Die Entwicklung von Reifen mit perfektioniertem Eigenschaftsprofil stellt eine komplexe Optimierungsaufgabe dar, bei der sich der Reifenhersteller im Spannungsfeld des magischen Dreiecks aus Rollwiderstand, Abriebwiderstand und Naßrutschfestigkeit bewegt. Um das Naß rutschverhalten zu verbessern, ist es notwendig Reifenkautschuke mit möglichst hoher Glastemperatur herzustellen, wie es z. B. mit dem 3,4-Polyisoprenkautschuk als Molekülbaustein mit der höchsten Glastemperatur aller durch anionische Polymerisation herstellbaren Molekülsegmente möglich wird. Dies fuhrt damit bei den modernen Lösungs-SBR-Kautschuken zu Reifenpolymeren mit möglichst hohen 1,2- Vinyl- und 3, 4- Struktureinheiten. Gleichzeitig geht der Trend bei anionisch hergestellten Butadien- Styrolkautschuken hin zu höheren Styrolgehalten von mehr als 25 %, bezogen auf das gesamte Polymer. Damit steigen dann die Anforderungen an die Randomizerwirkung der eingesetzten Mikrostrukturregler deutlich an.The development of tires with a perfected property profile represents a complex optimization task in which the tire manufacturer moves in the area of tension between the magic triangle of rolling resistance, abrasion resistance and wet skid resistance. In order to improve the wet slip behavior, it is necessary to manufacture tire rubbers with the highest possible glass temperature, as is the case, for. B. with the 3,4-polyisoprene rubber as a molecular building block with the highest glass transition temperature of all molecular segments that can be produced by anionic polymerization. In the case of the modern solution SBR rubbers, this leads to tire polymers with the highest possible 1,2-vinyl and 3, 4-structural units. At the same time, the trend in anionically produced butadiene styrene rubbers is towards higher styrene contents of more than 25%, based on the entire polymer. The requirements for the randomizer effect of the microstructure controllers used then increase significantly.
Sowohl zur Homo- als auch zur Copolymerisation von Dienen und Vinylaromaten werden zur Einstellung dieser maßgeschneiderten MikroStrukturen bei den modernen Lösungspolymeren basische polare Verbindungen, sogenannte Modifier, Randomizer oder Mikrostrukturregler, eingesetzt. Die Begriffe "Modifier", "Mikrostrukturregler" und "Randomizer" werden somit im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet.Basic polar compounds, so-called modifiers, randomizers or microstructure regulators, are used in modern solution polymers both for the homopolymerization and for the copolymerization of dienes and vinylaromatics in order to adjust these tailored microstructures. The terms "modifier", "microstructure controller" and "randomizer" are thus used synonymously in the context of the present invention.
Die Modifier des Standes der Technik haben den Nachteil, daß sie bei hohen Polymerisationstemperaturen in ihrem Wirkungsgrad deutlich nachlassen.
Weiterhin besitzen sie in den meisten Fällen nur einen schwachen Einfluß auf den statistischen Einbau der vinylaromatischen Komponente, d. h. es liegt eine schlechte Randomizerwirkung vor.The disadvantage of the prior art modifiers is that their efficiency drops significantly at high polymerization temperatures. Furthermore, in most cases they have only a weak influence on the statistical incorporation of the vinylaromatic component, ie there is a poor randomizer effect.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verbindungen bekannt, die Einfluß auf den Verlauf der Polymerisation im Hinblick auf eine bevorzugte Bildung von 1,2- und 3, 4- Struktureinheiten haben (vgl. z. B. K. H. Nordsiek, K. M. Kiepert, Kautschuk und Gummi, Kunststoffe 35, 371 (1982) sowie K. H. Nordsiek, Kautschuk und Gummi, Kunststoffe 39, 599 (1986)).Numerous compounds are known from the prior art which have an influence on the course of the polymerization with regard to the preferred formation of 1,2- and 3,4-structural units (cf. e.g. BKH Nordsiek, KM Kiepert, Kautschuk und Gummi, Kunststoffe 35, 371 (1982) and KH Nordsiek, caoutchouc and rubber, Kunststoffe 39, 599 (1986)).
So sind in der Vergangenheit zahlreiche Ether, Amine, Phosphine usw. als Mikrostrukturregler vorgeschlagen worden (DE 27 07 761 C2 und DE 31 15 878 C2). Da diese Substanzen jedoch allein noch keine befriedigende Randomizerwirkung zeigen, müssen zusätzlich grenzflächenaktive Mittel zum stati- stischen Einbau der Monomeren im Polymermolekül verwendet werden.Numerous ethers, amines, phosphines, etc. have been proposed as microstructure regulators in the past (DE 27 07 761 C2 and DE 31 15 878 C2). However, since these substances alone do not have a satisfactory randomizing effect, surface-active agents must also be used for the statistical incorporation of the monomers in the polymer molecule.
Die EP-A-0 304 589 beschreibt bestimmte Ethylenglykoldialkylether als geeignete Mikrostrukturregler. Allerdings zeigen diese Verbindungen bei höheren Polymerisationstemperaturen einen signifikanten Einbruch in der Mikro- Strukturregelungswirkung und besitzen gleichzeitig keine optimale Randomizerwirkung. Ein starker Nachteil der Mikrostrukturregler des Standes der Technik ist die häufig nachlassende Regelwirkung beim Ansteigen der Polymerisationstemperatur. So ist bekannt, daß beim häufig eingesetzten Mikrostrukturregler Tetramethylethylendiamin (TMEDA) bei der Isoprenpolymeri- sation zwar bei einem Mikrostrukturregler/Initiator-Molverhältnis von etwa 5 hohe Gehalte an 3,4- Struktureinheiten entstehen, aber gleichzeitig die Polymerisationsgeschwindigkeit deutlich nachläßt (vgl. W. L. Hau, A. F. Halasa und T. T. Wetli, Rubber Chemistry and Technology 71, Seiten 62 ff. (1998)). Die EP 0 507 222 AI und die US-A-5 112 929 beanspruchen zu diesem Zweck cyclische 1,3-Dioxolanacetale, wie z. B. 2-(2-Oxolanyl)-dioxolan, als Mikrostrukturregler für die anionische Polymerisation von Dienen. Allerdings wird in bezug auf die damit erreichten Polymerisationsgeschwindigkeiten keine Aussage gemacht. In den US-Patentschriften US-A-5 552 490, US-A-5 231 153, US-A-5 470 929, US-A-5 488 003 und US-A-5 359 016 sind im wesentlichen Alkyltetrahydrofurfurylether als geeignete Modifier für die anionische
Polymerisation von Dienen beschrieben. Mit diesen Reglern sollen im Fall der Isoprenpolymerisation wesentlich höhere Polymerisationsgeschwindigkeiten erreicht werden können als im Fall von TMEDA. Allerdings sind diese Verbindungen noch immer zu langsam und machen sich gleichzeitig im Kau- tschuk durch einen unangenehmen Geruch bemerkbar.EP-A-0 304 589 describes certain ethylene glycol dialkyl ethers as suitable microstructure regulators. However, these compounds show a significant drop in the microstructural control action at higher polymerization temperatures and at the same time do not have an optimal randomizer action. A major disadvantage of the microstructure regulators of the prior art is the frequently weakening regulating action when the polymerization temperature rises. It is known, for example, that with the frequently used microstructure regulator tetramethylethylenediamine (TMEDA) in isoprene polymerization, with a microstructure regulator / initiator molar ratio of about 5, high levels of 3,4-structural units occur, but at the same time the polymerization rate drops significantly (cf. WL Hau , AF Halasa and TT Wetli, Rubber Chemistry and Technology 71, pages 62 ff. (1998)). EP 0 507 222 AI and US-A-5 112 929 claim for this purpose cyclic 1,3-dioxolane acetals, such as. B. 2- (2-oxolanyl) dioxolane, as a microstructure regulator for the anionic polymerization of dienes. However, no statement is made regarding the polymerization rates achieved with this. In US-A-5 552 490, US-A-5 231 153, US-A-5 470 929, US-A-5 488 003 and US-A-5 359 016, alkyl tetrahydrofurfuryl ethers are essentially suitable Modifier for the anionic Polymerization of dienes described. These regulators are said to be able to achieve much higher polymerization rates in the case of isoprene polymerization than in the case of TMEDA. However, these connections are still too slow and at the same time are noticeable in the rubber by an unpleasant smell.
In der DE 102 43 618 AI und der WO 03/044065 A2 werden Mikrostrukturregler auf Basis von zwei- und dreizähnigen Lewisbasen von Alkylami- noethern oder cyclischen Dioxolan(Dioxan)-alkylethern und cyclischen Oxo- lan(Dioxan)-alkylaminoethern genannt, die zur Herstellung von Homo- und Copolymerisaten von Dienen und Vinylaromaten bei hohen Polymerisationstemperaturen eingesetzt werden können.In DE 102 43 618 AI and WO 03/044065 A2 microstructure regulators based on bidentate and tridentate Lewis bases of alkylamino ethers or cyclic dioxolane (dioxane) alkyl ethers and cyclic oxolane (dioxane) alkylamino ethers are mentioned, which for Production of homopolymers and copolymers of dienes and vinylaromatics can be used at high polymerization temperatures.
Das US-Patent US-A-5 300 599 beschreibt Alkoholate auf Basis des Tetrahy- drofurfurylalkohols, die als Modifier bei der anionischen Lösungspolymerisation eingesetzt werden können. Zur weiteren Steigerung der Polymerisationsgeschwindigkeit werden in vielen Fällen zusätzlich zum polaren Modifier noch Alkoholate zugegeben. So beschreiben beispielsweise die US-Patente US-A-5 906 956 und US-A-5 667 402 ein komplexes anionisches Initiatorsy- stem, das gleichzeitig aus einem Lithiuminitiator, einem Natriumalkoholat und einem polaren Modifier besteht. Ebenso beschreibt die US- Patentanmeldung 2002/0045720 AI ein komplexes Initiatorsystem aus einem Lithiuminitiator, einem Calciumalkoholat und einem Lithiumalkoxid, wobei sich allerdings nur Styrol/Butadien-Copolymere mit niedrigem 1 ,2-Gehalten herstellen lassen.US Pat. No. 5,300,599 describes alcoholates based on tetrahydrofurfuryl alcohol, which can be used as modifiers in anionic solution polymerization. To further increase the rate of polymerization, alcoholates are added in many cases in addition to the polar modifier. For example, US Pat. Nos. 5,906,956 and 5,667,402 describe a complex anionic initiator system which simultaneously consists of a lithium initiator, a sodium alcoholate and a polar modifier. Likewise, the US patent application 2002/0045720 AI describes a complex initiator system consisting of a lithium initiator, a calcium alcoholate and a lithium alkoxide, but only styrene / butadiene copolymers with a low 1,2 content can be produced.
Die Verbesserung der Randomizerwirkung von unsymmetrischen Dialkyl- ethern durch Zugabe von Alkalimetallalkoholaten, wie z. B. Natrium-tert.- amylat, wird in der DE 102 34 746 AI erwähnt.The improvement of the randomizer effect of unsymmetrical dialkyl ethers by adding alkali metal alcoholates, such as. B. sodium tert-amylate is mentioned in DE 102 34 746 AI.
Ausgehend von dem zuvor aufgeführten Stand der Technik gibt es kein Verfahren zur Herstellung von Polymerisaten, bei dem mindestens zwei Verbindungen aus der Gruppe Butadien, Isopren und Styrol eingesetzt werden und bei dem die Anforderungen, wie
• gute Regelwirkung auch bei hohen Polymerisationstemperaturen und niedriger Konzentration des Reglers; • Verbesserung der Polymerisationsgeschwindigkeit und vollständiger Umsatz; • gute Stabilität, d. h. kein Abbruch der lebenden Kettenenden; • gute Randomizerwirkung und damit statistischer Einbau der Vinylaro- maten, alle gleichzeitig in idealer Weise erfüllt werden. Je nach den spezifischen Bedingungen der jeweiligen Polymerisationsanlage können die Schwerpunkte in den Anforderungen auch unterschiedlich gewichtet sein.Starting from the prior art listed above, there is no process for the preparation of polymers in which at least two compounds from the group of butadiene, isoprene and styrene are used and in which the requirements, such as • good control effect even at high polymerization temperatures and low concentration of the regulator; • Improve the rate of polymerization and complete conversion; • good stability, ie no break off of the living chain ends; • Good randomizer effect and thus statistical incorporation of the vinyl aromatics, all of which are ideally fulfilled at the same time. Depending on the specific conditions of the respective polymerization plant, the focus in the requirements can also be weighted differently.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein derartiges Verfahren zu entwickeln.It is therefore an object of the present invention to develop such a method.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der zuvor beschriebenen Art bereitzustellen, welches die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zumindest weitgehend vermeidet oder zumindest abschwächt.Another object of the present invention is to provide a method of the type described above which at least largely avoids or at least mitigates the aforementioned disadvantages of the prior art.
Eine wiederum weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, blockfreie Po- lymerisate herzustellen (d. h. bei der Diencopolymerisation soll ein weitgehender statistischer Einbau der Styroleinheiten in der Polymerkette erfolgen, damit die Copolymeren insbesondere zur Herstellung beispielsweise von Reifen und Dämpfimgsmaterialien sowie von technischen Gummiartikeln verwendet werden können). Insbesondere sollen die nach diesem Verfahren er- hältlichen Polymerisate bzw. Kautschuke eine Glasübergangstemperatur im Bereich von -70 °C bis +10 °C, insbesondere -30 °C bis 0 °C, aufweisen.Yet another object of the invention is to produce non-blocking polymers (ie, in the case of diene copolymerization, the styrene units should be largely incorporated statically in the polymer chain, so that the copolymers can be used, in particular, for producing tires and damping materials and technical rubber articles, for example) , In particular, the polymers or rubbers obtainable by this process should have a glass transition temperature in the range from -70 ° C. to +10 ° C., in particular -30 ° C. to 0 ° C.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist somit ein Verfahren nach Patentanspruch 1. Wei- tere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Verfahrensunteransprüche (Patentansprüche 2 bis 20).
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung - sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Produkte bzw. Polymerisate (d. h. Kautschuke) gemäß Patentanspruch 21. Die erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte bzw. Polyme- risate (d. h. Polymere oder Copolymere) zeichnen sich insbesondere durch einen hohen Anteil an 1,2-Struktureinheiten des Butadiens und 1,2- und 3,4- Struktureinheiten des Isoprens aus.The subject of the present invention - according to a first aspect of the present invention - is thus a method according to claim 1. Further advantageous embodiments are the subject of the subordinate claims (claims 2 to 20). Another object of the present invention - in accordance with a second aspect of the present invention - are the products or polymers (ie rubbers) obtainable by the process according to the invention. The process products or polymers (ie polymers or copolymers) according to the invention are particularly noteworthy by a high proportion of 1,2-structural units of butadiene and 1,2- and 3,4-structural units of isoprene.
Wiederum ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß ei- nem drittten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Produkte bzw. Polymerisate, wie sie in den Patentansprüchen 22 bis 26 näher beschrieben ist.Yet another object of the present invention - according to a third aspect of the present invention - is the use of the products or polymers obtainable by the process according to the invention, as described in more detail in claims 22 to 26.
Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung - sind die mit den erfindungsgemäß erhältlichen Polymerisaten hergestellten Produkte, insbesondere Dämpfungsmaterialien, Reifen und Reifenbauteile (z. B. Reifenlaufflächen oder -seitenwände) und technische Gummiartikel, gemäß Patentanspruch 27. Schließlich ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung - die in Patentanspruch 26 beschriebene Verwendung eines erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatorsystems, wie es in den Patentansprüchen 1 bis 20 beschrieben ist. Die vorliegende Erfindung betrifft also unter anderem ein Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls gekuppelten blockfreien Polymerisaten auf Basis von konjugierten Dienen und gegebenenfalls monovinylaromatischen Verbindungen insbesondere bei hohen Temperaturen, und die auf diese Weise erhältlichen Verfahrensprodukte sowie deren Verwendung zur Herstellung von Reifen und Reifenteilen, Dämpfungselementen und technischen Gummimaterialien. Die Verfahrensprodukte zeichnen sich durch einen hohen Anteil an 1,2-Struktureinheiten des Butadiens und 1,2- und 3, 4- Struktureinheiten des Isoprens aus. Gegenstand der vorliegenden Erfindung - gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung - ist somit ein Verfahren zur Herstellung von gegebe-
nenfalls gekuppelten blockfreien Polymerisaten auf Basis von konjugierten Dienen oder Copolymerisaten auf Basis von konjugierten Dienen und vinylaromatischen Verbindungen durch anionische Polymerisation in einem inerten organischen Lösungsmittel in Gegenwart eines Katalysatorsystems, wobei das Katalysatorsystem (a) mindestens eine lithiumorganische Verbindung (z. B. eine Alkyllithi- umverbindung) als Initiator, (b) mindestens eine polare mehrzähnige Acetalverbindung (= Etherver- bindung) als Modifier und (c) gegebenenfalls mindestens ein Alkoholat umfaßt.Yet another object of the present invention - according to a fourth aspect of the present invention - are the products produced with the polymers obtainable according to the invention, in particular damping materials, tires and tire components (e.g. tire treads or sidewalls) and technical rubber articles, according to claim 27. Finally, a further object of the present invention - according to a fifth aspect of the present invention - is the use of a catalyst system used according to the invention as described in claim 26, as described in claims 1 to 20. The present invention therefore relates, inter alia, to a process for the production of optionally coupled non-blocking polymers based on conjugated dienes and, if appropriate, monovinylaromatic compounds, in particular at high temperatures, and the process products obtainable in this way and their use for the production of tires and tire parts, damping elements and technical rubber materials. The process products are characterized by a high proportion of 1,2-structural units of butadiene and 1,2- and 3,4-structural units of isoprene. The subject of the present invention - according to a first aspect of the present invention - is thus a method for producing given if appropriate, coupled non-blocking polymers based on conjugated dienes or copolymers based on conjugated dienes and vinylaromatic compounds by anionic polymerization in an inert organic solvent in the presence of a catalyst system, the catalyst system (a) comprising at least one organolithium compound (e.g. an alkyl lithium umverbindung) as initiator, (b) at least one polar multidentate acetal compound (= ether compound) as modifier and (c) optionally at least one alcoholate.
Des weiteren wurde nun unerwartet gefunden, daß sich die gute Mikrostruk- turregelwirkung der polaren, insbesondere mehrzähnigen Acetal- bzw. Ether- verbindungen und die Reaktionsbeschleunigung der einfachen Alkoholate nach dem Stand der Technik durch die erfindungsgemäß eingesetzten Alkoholate noch deutlich verbessern lassen.Furthermore, it has now been found, unexpectedly, that the good microstructure control action of the polar, in particular multidentate acetal or ether compounds and the acceleration of the reaction of the simple alcoholates according to the prior art can be significantly improved by the alcoholates used according to the invention.
In erfindungsgemäß bevorzugter Ausführungsform werden als Alkoholate im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Alkoholate der folgenden allge- meinen Formel M1 - OR oder RO - M - OR" eingesetzt, wobei • M1 ein Alkalimetall, vorzugsweise Lithium, Kalium oder Natrium, be- zeichnet; • M ein Erdalalkalimetall, vorzugsweise Calcium oder Magnesium, bezeichnet; und • R' und R", jeweils unabhängig voneinander, einen Alkyl-, Aryl-, Arylalkyl- rest oder einen Kohlenwasserstoffrest, welcher Sauerstoff und/oder Stick-
stoff enthält, bezeichnen (Die Alkylgruppe besteht bevorzugt aus 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, wobei die Natriumalkoholate bevorzugt werden.).In an embodiment preferred according to the invention, alcoholates of the following general formula M 1 - OR or RO - M - OR "are used as alcoholates in the process according to the invention, where • M 1 denotes an alkali metal, preferably lithium, potassium or sodium; M denotes an alkaline earth metal, preferably calcium or magnesium; and R 'and R ", each independently of one another, denotes an alkyl, aryl, arylalkyl radical or a hydrocarbon radical which contains oxygen and / or nitrogen contains substance, designate (The alkyl group preferably consists of 2 to 8 carbon atoms, with the sodium alcoholates being preferred.).
Die erfindungsgemäß gegebenenfalls eingesetzten Alkoholate werden in ei- nem unpolaren Kohlenwasserstoff durch Reaktion z. B. mit Natrium oder Kalium und den entsprechenden Alkoholen nach Standardmethoden hergestellt. Im Falle von z. B. Calcium und Magnesium wird dabei von Ca(OH)2 oder Mg(OH)2 ausgegangen.The alcoholates optionally used according to the invention are in a non-polar hydrocarbon by reaction z. B. with sodium or potassium and the corresponding alcohols by standard methods. In the case of e.g. B. Calcium and magnesium are assumed from Ca (OH) 2 or Mg (OH) 2 .
Gleichzeitig zeigt die vorliegende Erfindung, daß die Alkylacetale gemäß der allgemeinen Formel (I)At the same time, the present invention shows that the alkyl acetals according to the general formula (I)
als Modifier bei der anionischen Dienpolymerisation eingesetzt werden können, wobei:can be used as modifiers in anionic diene polymerization, where:
• A einen Rest -OR1 oder einen Rest -NR4R5 bezeichnet, wobei R1 , R und R5, jeweils unabhängig voneinander, einen CrC4-Alkylrest bezeichnen; • B einen C C4-Alkylrest oder einen Rest -OR6 mit R6 = C,-C4-Alkyl be- zeichnet oder Wasserstoff ist; • R7 einen C rC4-Alkylrest bezeichnet oder Wasserstoff ist; • R" und R Jeweils unabhängig voneinander, CrC4-Alkylreste darstellen oder aber R2 und R3 miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Al- kylengruppe, insbesondere eine Ethylen-, Propylen- oder Butylengruppe, bilden, um einen fünf-, sechs- oder siebengliedrigen Ring (d. h. einen 1,3- Dioxolan-, 1,3-Dioxan- oder 1 ,3-Dioxepanring) auszubilden; • m gleich 0 oder 1 ist; und • n gleich 0, 1 oder 2 ist; jedoch mit der Maßgabe, daß, wenn n = 0 und m = 0 gilt, A einen Rest -OR1, wie zuvor definiert, und B einen Rest -OR6, wie zuvor definiert, bezeichnet.
Diese Alkylacetale besitzen sowohl die Eigenschaften eines guten Mikro- strukturreglers als auch die eines guten Randomizers. Gegenüber den vielen anderen bekannten Lewis-Basen zeigen die erfindungsgemäß eingesetzten Alkylacetale auch bei hoher Polymerisationstemperatur (d. h. kurzen Reaktions- Zeiten) noch eine ausgeprägte Mikrostrukturregelwirkung. Diese Alkylacetale können sowohl allein mit dem Initiator als auch gleichzeitig noch in Kombination mit den erfmdungsgemäß vorgesehenen Alkoholaten eingesetzt werden.A denotes a radical -OR 1 or a radical -NR 4 R 5 , where R 1 , R and R 5 , each independently of the other, denote a C r C 4 alkyl radical; B denotes a CC 4 -alkyl radical or a radical -OR 6 with R 6 = C, -C 4 -alkyl or is hydrogen; • R 7 denotes a C r C 4 alkyl radical or is hydrogen; R "and R each independently of one another represent C r C 4 alkyl radicals or R 2 and R 3 are bonded to one another and together form an alkylene group, in particular an ethylene, propylene or butylene group, to form a five-, to form a six- or seven-membered ring (ie a 1,3-dioxolane, 1,3-dioxane or 1,3-dioxepane ring); • m is 0 or 1; and • n is 0, 1 or 2; however with the proviso that, when n = 0 and m = 0, A denotes a residue -OR 1 , as previously defined, and B denotes a residue -OR 6 , as previously defined. These alkyl acetals have both the properties of a good microstructure regulator and those of a good randomizer. Compared to the many other known Lewis bases, the alkyl acetals used according to the invention also show a pronounced microstructure control action even at high polymerization temperature (ie short reaction times). These alkyl acetals can be used both alone with the initiator and at the same time in combination with the alcoholates provided according to the invention.
Ein weiterer Vorteil der vorgenannten Alkylacetale ist ihre relativ gute Zugänglichkeit, entweder als kommerziell erhältliche Produkte bzw. durch überschaubare Synthesemethoden. Im übrigen ist ein weiterer Vorteil dieser Alkylacetale darin zu sehen, daß viele dieser Verbindungen EINECS-gelistet sind - EINECS ist die Abkürzung für European Inventory of Existing Commercial Substances -, so daß kostenaufwendige Zulassungs verfahren entfallen.Another advantage of the aforementioned alkyl acetals is their relatively good accessibility, either as commercially available products or through manageable synthesis methods. Another advantage of these alkyl acetals is that many of these compounds are EINECS-listed - EINECS is the abbreviation for European Inventory of Existing Commercial Substances - so that costly approval procedures are not necessary.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden als Modifier der vorgenannten Art die folgenden Alkylacetale gemäß der allgemeinen Formel (I a)According to a particular embodiment of the present invention, the following alkyl acetals according to the general formula (I a) are used as modifiers of the aforementioned type
eingesetzt, wobei • A einen Rest -OR1 oder einen Rest -NR4R5 bezeichnet, wobei R1, R4 und R5, jeweils unabhängig voneinander, einen CrC4-Alkylrest bezeichnen; • B einen C C4-Alkylrest oder einen Rest -OR6 mit R6 = C,-C4-Alkyl bezeichnet oder Wasserstoff ist; • R2 und R3 Jeweils unabhängig voneinander, C,-C4-Alkylreste darstellen; und • n gleich 0, 1 oder 2 ist.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung dieser besonderen Ausführungsform können die Reste R1 bis R5, jeweils unabhängig voneinander, einen Methyloder Ethylrest, vorzugsweise einen Ethylrest, darstellen, kann der Rest B Wasserstoff bezeichnen und kann n gleich 0 oder 1 sein. used, wherein • A denotes a radical -OR 1 or a radical -NR 4 R 5 , where R 1 , R 4 and R 5 , each independently of the other, denote a C r C 4 alkyl radical; • B denotes a CC 4 -alkyl radical or a radical -OR 6 with R 6 = C, -C 4 -alkyl or is hydrogen; • R 2 and R 3 each independently represent C, -C 4 alkyl radicals; and • n is 0, 1 or 2. According to a particular embodiment of this particular embodiment, the radicals R 1 to R 5 , each independently of one another, represent a methyl or ethyl radical, preferably an ethyl radical, the radical B can denote hydrogen and n can be 0 or 1.
Gemäß einer anderen besonderen Ausgestaltung dieser besonderen Ausführungsform können die Alkylreste R1 bis R5, jeweils unabhängig voneinander, einen Methyl- oder Ethylrest darstellen, kann der Rest A eine Gruppe -OR1 , wie zuvor definiert, bedeuten, kann der Rest B Wasserstoff bezeichnen und kann n gleich 0 oder 1 sein.According to another particular embodiment of this particular embodiment, the alkyl radicals R 1 to R 5 , each independently of one another, represent a methyl or ethyl radical, the radical A can be a group —OR 1 , as previously defined, the radical B can denote hydrogen and n can be 0 or 1.
Besonders bevorzugt werden nach dieser Ausführungsform als Modifier Alkylacetale eingesetzt, die ausgewählt sind aus der Gruppe von 1 , 1 ,2-Trietho- xyethan, l,l-Diethoxy-2-methoxyethan, l-Ethoxy-l,2-dimethoxyethan, 1,1 ,2- Trimethoxyethan, 2-Ethoxy-l,l-dimethoxyethan, 1 ,2-Diethoxy-l-methoxy- ethan und (2-Methoxyethoxy)-acetaldehyddimethylacetal.According to this embodiment, particular preference is given to using alkyl acetals which are selected from the group consisting of 1, 1, 2-triethoxyethane, l, l-diethoxy-2-methoxyethane, l-ethoxy-l, 2-dimethoxyethane, 1, 1,2-trimethoxyethane, 2-ethoxy-l, l-dimethoxyethane, 1,2-diethoxy-l-methoxyethane and (2-methoxyethoxy) acetaldehyde dimethyl acetal.
Ebenfalls besonders bevorzugt werden nach dieser Ausführungsform als Modifier Alkylacetale eingesetzt, die ausgewählt sind aus der Gruppe von 1,1,2,2-Tetraethoxyethan, 1 ,1,2,2-Tetramefhoxyethan, 1 ,1,3,3-Tetraethoxy- propan und 1,1,3,3-Tetramethoxypropan.According to this embodiment, particular preference is likewise given to using alkyl acetals which are selected from the group consisting of 1,1,2,2-tetraethoxyethane, 1, 1,2,2-tetramefhoxyethane, 1, 1,3,3-tetraethoxypropane and 1,1,3,3-tetramethoxypropane.
Gemäß einer weiteren besonderen, alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden als Modifier der vorgenannten Art die folgenden Alkylacetale gemäß der allgemeinen Formel (I b)According to a further special, alternative embodiment of the present invention, the following alkyl acetals according to the general formula (Ib) are used as modifiers of the aforementioned type
eingesetzt, wobei der Rest R unabhängig voneinander einen CrC4-Alkylrest n Q oder Wasserstoff bezeichnet, x gleich 0,1 oder 2 ist und die Reste R , R und R10, jeweils unabhängig voneinander, CrC4- Alkylreste darstellen. Gemäß ei- ner besonderen Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann der Rest R einen Methyl- oder Ethylrest, vorzugsweise einen Methylrest, darstellen, können die
Reste R und R , jeweils unabhängig voneinander, Methyl- oder Ethylreste darstellen, kann der Rest R Wasserstoff sein und kann x gleich 0 sein. Ganz besonders bevorzugt werden nach dieser Ausführungsform als Modifier 2,2- Dimethoxymethyl-l,3-dioxolan oder 2,2-Diethoxymethyl-l,3-dioxolan einge- setzt. used, wherein the radical R independently of one another denotes a C r C 4 alkyl radical n Q or hydrogen, x is equal to 0.1 or 2 and the radicals R, R and R 10 , each independently of one another, represent C r C 4 alkyl radicals , According to a special embodiment of this embodiment, the radical R can be a methyl or ethyl radical, preferably a methyl radical R and R radicals, each independently of the other, represent methyl or ethyl radicals, the radical R can be hydrogen and x can be 0. According to this embodiment, 2,2-dimethoxymethyl-1,3-dioxolane or 2,2-diethoxymethyl-1,3-dioxolane are very particularly preferably used as modifiers.
Gegebenfalls kann es vorteilhaft sein, zusätzlich zu den erfindungsgemäß eingesetzten Modifiern bzw. Alkylacetalen, wie z. B. den substituierten 1,3-Di- oxolanderivaten, gemäß den oben angegebenen allgemeinen Formeln noch ein Kalium- oder Natriumalkoholat zuzugeben, um die statistische Verteilung der Styroleinheiten in den Copolymeren noch weiter zu verbessern. Hierzu kommen die Alkali- oder Erdalkalimetallsalze, insbesondere Kalium- oder Natriumsalze, ein- oder mehrwertiger Alkohole und Phenole und ein- oder mehrwertiger Carbonsäuren in Betracht. Die Alkylgruppen mit 2 bis 8 Kohlenstoff- atomen sind besonders geeignet. Im allgemeinen werden die Kaliumverbindungen bevorzugt. Beispielhaft seien hier die Natrium- oder Kaliumsalze des Dimethylamins, Di-n-butylamins, Dibutylamins, der Laurinsäure, Palmitin- säure, Stearinsäure, Benzoesäure, Phthalsäure, des Methylalkohols, Ethylalko- hols, Isopropylalkohols, Propylalkohols, tert.-Butylalkohols, tert.-Amylalko- hols, n-Hexylalkohols, Cyclohexylalkohols oder Phenols genannt. Besonders bevorzugt wird Kalium-tert.-butylat und Kalium-tert-amylat eingesetzt. Das Molverhältnis von Mikrostrukturregler zu Alkoholat kann dabei im Bereich von 1 : 0,1 bis 1 : 1 liegen. Ebenfalls können anionische oberflächenaktive Verbindungen mit einer hydrophilen Gruppe, wie z. B. -S03M oder -OS03M, wobei M Kalium oder Natrium oder Rubidium bedeutet, zusätzlich zum Initiator zugegeben werden. Beispielhaft sind hier Salze von Alkylarylsulfonsäuren, wie z. B. Kaliumstea- rylbenzolsulfonat, Kaliumdodecylbenzolsulfonat, Kaliumnonylbenzolsulfonat und Kaliumdecylbenzolsulfonat oder Salze von Schwefelsäureestern von höheren Alkoholen, wie z. B. Kaliumstearylsulfat, Kaliumdodecylsulfat, Kali- umdecylsulfat, Kaliumnonylsulfat und Kalium-N-methyltaurat, zu nennen.It may be advantageous, in addition to the modifiers or alkyl acetals used according to the invention, such as. B. the substituted 1,3-dioxolane derivatives, according to the general formulas given above, add a potassium or sodium alcoholate in order to further improve the statistical distribution of the styrene units in the copolymers. For this purpose, the alkali metal or alkaline earth metal salts, in particular potassium or sodium salts, mono- or polyhydric alcohols and phenols and mono- or polyvalent carboxylic acids come into consideration. The alkyl groups with 2 to 8 carbon atoms are particularly suitable. In general, the potassium compounds are preferred. Examples include the sodium or potassium salts of dimethylamine, di-n-butylamine, dibutylamine, lauric acid, palmitic acid, stearic acid, benzoic acid, phthalic acid, methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, propyl alcohol, tert-butyl alcohol, tert. -Amyl alcohol, n-hexyl alcohol, cyclohexyl alcohol or phenol. Potassium tert-butoxide and potassium tert-amylate are particularly preferably used. The molar ratio of microstructure regulator to alcoholate can be in the range from 1: 0.1 to 1: 1. Anionic surface-active compounds with a hydrophilic group, such as. B. -S0 3 M or -OS0 3 M, where M is potassium or sodium or rubidium, are additionally added to the initiator. Examples are salts of alkylarylsulfonic acids, such as. As potassium stearyl benzene sulfonate, potassium dodecyl benzene sulfonate, potassium nonyl benzene sulfonate and potassium decyl benzene sulfonate or salts of sulfuric acid esters of higher alcohols, such as. As potassium stearyl sulfate, potassium dodecyl sulfate, potassium decyl sulfate, potassium nonyl sulfate and potassium N-methyl taurate, to name a few.
Als Reaktionsmedium wird ein inertes organisches Lösemittel verwendet. Ge- eignet sind insbesondere Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 12 C- Atomen, wie
Pentan, Hexan, Heptan und Octan, sowie deren cyclische Analogen. Geeignet sind auch aromatische Lösungsmittel, wie z. B. Benzol, Toluol und dergleichen. Selbstverständlich können auch Gemische der vorstehend beschriebenen Verbindungen eingesetzt werden.An inert organic solvent is used as the reaction medium. Particularly suitable are hydrocarbons with 5 to 12 carbon atoms, such as Pentane, hexane, heptane and octane, and their cyclic analogues. Aromatic solvents, such as. As benzene, toluene and the like. Mixtures of the compounds described above can of course also be used.
Als Katalysator (= Initiator bzw. Starter) werden insbesondere Alkyllithium- verbindungen eingesetzt, die durch Umsetzung von Lithium mit den entsprechenden Alkylhalogeniden leicht zugänglich sind. Die Alklyreste weisen 1 bis 10 C- Atome auf. Einzelne Wasserstoffatome können durch Phenylreste sub- stituiert sein. Folgende Alkyllithiumverbindungen sind besonders geeignet: Methyllithium, Ethyllithium, Pentyllithium. Bevorzugt sind sek.- und n- Butylithium. Im Prinzip lassen sich auch bifunktionelle organische Lithiumverbindungen einsetzen. Diese sind jedoch weniger leicht zugänglich und insbesondere dann weniger günstig als ihre monofunktionellen Analogen, wenn man sternförmige Lösungskautschuke herstellen möchte. Die Menge des eingesetzten Katalysators richtet sich nach dem Molekulargewicht, das eingestellt werden soll. Dieses liegt üblicherweise im Bereich von 50.000 bis 1.500.000. Vorzugsweise werden der Modifier und das Alkoholat zu Beginn der Reaktion zudosiert. Der Modifier oder das Alkoholat können jedoch auch noch, wenn dies aus bestimmten Gründen zweckmäßig sein sollte, während der Polymerisation zugesetzt werden. Ebenso können die erfmdungs gemäßen Modifier einzeln oder in beliebigen Mengenverhältnissen untereinander eingesetzt werden.In particular, alkyl lithium compounds are used as catalyst (= initiator or starter), which are easily accessible by reacting lithium with the corresponding alkyl halides. The alkyl radicals have 1 to 10 carbon atoms. Individual hydrogen atoms can be substituted by phenyl radicals. The following alkyl lithium compounds are particularly suitable: methyl lithium, ethyl lithium, pentyllithium. Sec. And n-butyl lithium are preferred. In principle, bifunctional organic lithium compounds can also be used. However, these are less accessible and, in particular, less inexpensive than their monofunctional analogues if one wishes to produce star-shaped solution rubbers. The amount of catalyst used depends on the molecular weight to be adjusted. This is usually in the range of 50,000 to 1,500,000. The modifier and the alcoholate are preferably metered in at the start of the reaction. However, the modifier or the alcoholate can also be added during the polymerization, if this should be expedient for certain reasons. Likewise, the modifiers according to the invention can be used individually or in any proportion to one another.
Bezogen auf ein Mol des Lithiumalkylinitiators, werden bei der anionischen Polymerisation mit den erfindungsgemäß eingesetzten Modifiem Mengen von 0,1 bis 15 mol an Modifιer(n) und bei den Alkoholaten Mengen von 0,1 bis 10 mol eingesetzt. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäß eingesetzte Katalysatorsystem in unterschiedlichen Varianten dosiert werden. Zum einen können der Modifier und das Alkoholat einzeln vor der eigentlichen Polymerisation zugegeben werden, wobei das Alkoholat zweckmäßig in einem inerten Lösungsmittel, wie z. B. Heptan, gelöst wird. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform be- steht darin, das Alkoholat in Abmischung mit den erfmdungsgemäßen Modifiem einzusetzen. Die Löslichkeit ist ausreichend, und die notwendige Menge
Alkoholat kann auf diese Weise in einem Schritt mit dem Modifier in den Polymerisationsreaktor eingefüllt werden.Based on one mole of the lithium alkyl initiator, amounts of 0.1 to 15 mol of modifier (s) are used in anionic polymerization with the modifiers used according to the invention, and amounts of 0.1 to 10 mol are used for the alcoholates. In principle, the catalyst system used according to the invention can be metered in different variants. On the one hand, the modifier and the alcoholate can be added individually before the actual polymerization, the alcoholate expediently in an inert solvent, such as. B. heptane is dissolved. Another preferred embodiment consists in using the alcoholate in admixture with the modifications according to the invention. The solubility is sufficient and the necessary amount In this way, alcoholate can be introduced into the polymerization reactor in one step using the modifier.
Als konjugierte Diene kommen insbesondere folgende Verbindungen in Be- 5 tracht: 1,3-Butadien, Isopren, 2,3-Dimethyl-l,3-butadien, 1,3-Pentadien (Pipe- rylen), 2,3-Dimethyl-l,3-butadien und 1,3-Hexadien. Besonders bevorzugt sind 1,3-Butadien und Isopren.The following compounds are particularly suitable as conjugated dienes: 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene (pipylene), 2,3-dimethyl 1,3-butadiene and 1,3-hexadiene. 1,3-Butadiene and isoprene are particularly preferred.
Für die Copolymerisation mit den konjugierten Dienen kommen z. B. folgen- 10 de vinylaromatische Verbindungen in Betracht: 3-Methylstyrol, 4-Methylsty- rol, Styrol, 1-Vinylnaphthalin und 2-Vinylnaphthalin, wobei Styrol besonders ► bevorzugt ist. Sowohl die vinylaromatischen Verbindungen als auch die konjugierten Diene können einzeln oder in Mischung untereinander eingesetzt werden. 15 Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die nach weitgehend vollständiger Umsetzung der Monomeren erhaltenen Polymerisationseinheiten mit einem Kupplungsmittel zu sternförmigen Polymeren zu kuppeln. Zu diesem Zweck geeignete Kupplungsmittel sind insbesondere Tetrahaloge- 20 nide der Elemente Silicium, Germanium, Zinn und Blei sowie Aromaten, die mindestens 2 Vinylgruppen tragen, wie z. B. 1 ,3,5-Trivinylbenzol und 1,3- und 1 ,4-Divinylbenzol.For the copolymerization with the conjugated dienes such. For example, the following 10 vinyl aromatic compounds are considered: 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, styrene, 1-vinylnaphthalene and 2-vinylnaphthalene, styrene being particularly preferred. Both the vinyl aromatic compounds and the conjugated dienes can be used individually or as a mixture with one another. 15 A variant of the process according to the invention consists in coupling the polymerization units obtained after the monomers have been largely reacted with a coupling agent to form star-shaped polymers. Suitable coupling agents for this purpose are, in particular, tetrahalides of the elements silicon, germanium, tin and lead as well as aromatics which carry at least 2 vinyl groups, such as, for. B. 1,3,5-trivinylbenzene and 1,3- and 1,4-divinylbenzene.
^ Die Polymerisation wird im allgemeinen im Temperaturbereich von 50 bis 90 25 °C durchgeführt. Bevorzugt wird die Polymerisation bei Temperaturen von 80 bis 150 °C durchgeführt. Gekuppelt wird insbesondere bei Temperaturen von 0 bis 150 °C, vorzugsweise 40 bis 100 °C. Das Verfahren kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich betrieben werden.^ The polymerization is generally carried out in the temperature range from 50 to 90 25 ° C. The polymerization is preferably carried out at temperatures from 80 to 150.degree. Coupling is carried out in particular at temperatures from 0 to 150 ° C., preferably 40 to 100 ° C. The process can be operated batchwise or continuously.
30 Die erhaltenen amorphen Polymerisate werden, wenn sie zu Vulkanisaten verarbeitet werden sollen, insbesondere mit aktiven, verstärkenden Füllstoffen, einem Vulkanisationsmittel und üblichen Zusatzstoffen gemischt. Als Füllstoffe kommen die in der Kautschukindustrie verwendeten, aktiven und inaktiven Füllstoffe zum Einsatz. In erster Linie sind das hochdisperse, mit Silan- 35 haftvermittlera behandelte Kieselsäuren mit spezifischen Oberflächen von 5 bis 1.000 m2/g, vorzugsweise 20 bis 400 m2/g, und mit Primärteilchengrößen
von 10 bis 400 nm sowie Ruße mit BET-Oberflächen von 20-200 m2/g. Die Füllstoffe können allein oder als Mischung verschiedener Füllstoffe eingesetzt werden.If the amorphous polymers obtained are to be processed into vulcanizates, they are mixed in particular with active, reinforcing fillers, a vulcanizing agent and customary additives. The active and inactive fillers used in the rubber industry are used as fillers. Primarily, these are the highly disperse silicas treated with silane coupling agents with specific surface areas of 5 to 1,000 m 2 / g, preferably 20 to 400 m 2 / g, and with primary particle sizes from 10 to 400 nm and carbon blacks with BET surfaces of 20-200 m 2 / g. The fillers can be used alone or as a mixture of different fillers.
Massen, welche zur Herstellung von Reifenlaufflächen bestimmt sind, werden im allgemeinen zu Rohlaufstreifen geformt. Bei der Homogenisierung und Formgebung, die beispielsweise in einem Extruder erfolgen kann, werden die Bedingungen von Temperatur und Zeit so gewählt, daß keine Vulkanisation eintritt.Masses which are intended for the production of tire treads are generally formed into raw tread strips. In the case of homogenization and shaping, which can be carried out, for example, in an extruder, the conditions of temperature and time are chosen so that no vulcanization occurs.
Die Kautschukkomponente besteht in diesem Falle beispielsweise zu 10 bis 70 Massen-% aus einem erfindungsgemäß erhältlichen Reaktionsprodukt und zu 90 bis 30 Massen-% aus einem bekannten, amorphen, hochungesättigten Allzweckkautschuk, wie z. B. Styrol/Butadien-Kautschuk, 1 ,4-cis-Polybutadien, 1 ,4-cis-Polyisopren und Naturkautschuk.The rubber component consists in this case, for example, 10 to 70% by mass of a reaction product obtainable according to the invention and 90 to 30% by mass of a known, amorphous, highly unsaturated general-purpose rubber, such as. B. styrene / butadiene rubber, 1, 4-cis polybutadiene, 1, 4-cis polyisoprene and natural rubber.
Übliche Vulkanisationsmittel enthalten z. B. Schwefel in Kombination mit Beschleunigem. Die Menge des Vulkanisationsmittels richtet sich nach den übrigen Komponenten in der vulkanisierbaren Masse und kann durch einfa- ehe, orientierende Versuche ermittelt werden.Usual vulcanizing agents contain e.g. B. sulfur in combination with accelerator. The amount of the vulcanizing agent depends on the other components in the vulcanizable mass and can be determined by simple, orientation tests.
Als Zusatzstoff können die in der Kautschuktechnik üblichen Weichmacheröle, bevorzugt aromatische, aliphatische und naphthenische und paraffinische Kohlenwasserstoffe sowie übliche Hilfsmittel, wie beispielsweise Zinkoxid, Stearinsäure, Harzsäuren, Alterungsschutzmittel und Ozonschutzwachse, in üblichen Mengen zugesetzt werden. Besonders bevorzugt sind die neuen, kennzeichnungsfreien naphthenischen Prozeßöle vom Typ TDAE (Treated Distillate Aromatic Extracts), wie z. B. BP Vivatec® 500, oder vom Typ MES (Müdly Refined Solvates), wie z. B. BP Vivatec® 200.As an additive, the usual plasticizing oils in rubber technology, preferably aromatic, aliphatic and naphthenic and paraffinic hydrocarbons, as well as conventional auxiliaries such as zinc oxide, stearic acid, resin acids, anti-aging agents and ozone protection waxes, can be added in the usual amounts. The new, label-free naphthenic process oils of the type TDAE (Treated Distillate Aromatic Extracts), such as. B. BP Vivatec ® 500, or of the type MES (Müdly Refined Solvates), such as. B. BP Vivatec ® 200.
Die erfindungsgemäßen Polymerisate eignen sich insbesondere zur Herstellung von Laufflächen von Pkw- und Lkw-Reifen, und zwar sowohl zur Herstellung von Neureifen als auch zur Runderneuerung von Altreifen. Die erhaltenen Reifenlauffiächen zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Brems- Wirkung sowohl beim ABS-Bremsen als auch beim Blockierbremsen auf nasser Fahrbahn aus. Hervorzuheben ist auch die außergewöhnlich hohe Reversi-
onsstabilität beim Vulkanisationsprozeß und die außergewöhnlich hohe Netzwerkstabilität der Reifenlaufflächen bei dynamischer Beanspruchung.The polymers according to the invention are particularly suitable for the production of treads for car and truck tires, both for the production of new tires and for the retreading of old tires. The tire treads obtained are characterized by an excellent braking effect both when ABS braking and when braking on wet roads. Also to be emphasized is the extraordinarily high reversibility ons stability in the vulcanization process and the extraordinarily high network stability of the tire treads under dynamic stress.
Weitere Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.
Further refinements, modifications and variations of the present invention are readily recognizable and realizable for the person skilled in the art on reading the description, without thereby leaving the scope of the present invention.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele veranschaulicht, welche die vorliegende Erfindung jedoch keinesfalls beschränken.The present invention is illustrated by means of the following exemplary embodiments, which, however, in no way limit the present invention.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Alkoholate lassen sich mit Standardmethoden, wie sie z. B. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistiy, Band AI, Seite 298, 1985, beschrieben sind, herstellen. Die Alkoholate werden in Form einer etwa 30- bis 50%igen Lösung in Heptan eingesetzt.The alcoholates can be with standard methods such as. B. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume AI, page 298, 1985, produce. The alcoholates are used in the form of an approximately 30 to 50% solution in heptane.
Die Modifier 1 , 1 ,2-Triethoxyethan (TEE) und l,l-Diethoxy-2-methoxyethan (DEME) sind bei den Firmen Aldrich und Lancaster Synthesis kommerziell erhältlich.The modifiers 1, 1, 2-triethoxyethane (TEE) and l, l-diethoxy-2-methoxyethane (DEME) are commercially available from Aldrich and Lancaster Synthesis.
Die erfindungsgemäßen Polymerisate werden wie folgt hergestellt:The polymers according to the invention are produced as follows:
Als Lösemittel wird ein Kohlenwasserstoffgemisch eingesetzt, das zu etwa 50 % aus n-Hepan besteht und als C6- Schnitt bezeichnet wird. Weitere Be- standteile dieses Gemisches sind insbesondere Pentan, Heptan und Octan sowie deren Isomere. Das Lösemittel wird über einem Molekularsieb der Porenweite 0,4 nm getrocknet, so daß der Wasseranteil unter 10 ppm gesenkt wird, und anschließend mit Natrium gestrippt. Die organische Lithiumverbindung ist n-Butyllithium ("n-BuLi" bzw. "BuLi"), welches in Form einer 15gew.-%igen Lösung in Hexan zur Anwendung kommt. Isopren wird vor seinem Einsatz destillativ vom Stabilisator abgetrennt. Die Modifier werden über Aluminiumoxid getrocknet und anschließend mit n-Butyllithium in Gegenwart von o-Phenanthrolin austitriert. Die MikroStruktur der Polymeren wird durch 1H-NMR bestimmt. Um die Geschwindigkeiten der mit den ein- zelnen Reglern durchgeführten Polymerisationen vergleichen zu können, wird aus den Zeit/Umsatz-Kurven die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante gemäß einer Reaktion erster Ordnung berechnet. Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Veranschaulichung der vorlie- genden Erfindung, ohne j edoch deren Umfang zu beschränken. Als Modifier kommen die folgenden Verbindungen zum Einsatz: TEE = 1,1,2-Triethoxyethan DEME = l,l-Diethoxy-2-methoxyethan
Beispiel 1A hydrocarbon mixture which consists of approximately 50% n-hepane and is referred to as a C 6 cut is used as the solvent. Further components of this mixture are in particular pentane, heptane and octane and their isomers. The solvent is dried over a molecular sieve with a pore size of 0.4 nm, so that the water content is reduced to below 10 ppm, and then stripped with sodium. The organic lithium compound is n-butyllithium ("n-BuLi" or "BuLi"), which is used in the form of a 15% by weight solution in hexane. Isoprene is separated from the stabilizer by distillation before use. The modifiers are dried over aluminum oxide and then titrated with n-butyllithium in the presence of o-phenanthroline. The microstructure of the polymers is determined by 1H-NMR. In order to be able to compare the speeds of the polymerizations carried out with the individual regulators, the reaction rate constant is calculated from the time / conversion curves in accordance with a first order reaction. The following examples serve to further illustrate the present invention without, however, restricting its scope. The following compounds are used as modifiers: TEE = 1,1,2-triethoxyethane DEME = l, l-diethoxy-2-methoxyethane example 1
In einen 2-1-Stahlautoklaven werden unter Stickstoffatmosphäre 700 g Heptan, 75 g (1,10 mol) Isopren und 0,689 g TEE (4,25 mmol) als Modifier eingefüllt. Nach der Temperierung auf 70 °C wird der Reaktorinhalt nach der Zugabe von 1 ml l%iger benzolischer o-Phenanthrolin-Lösung mit 0,4 mmol n- Butyllithium (14%ige Lösung in Hexan) bis zum Farbumschlag austitriert und die Polymerisation durch Zugabe von 0,85 mmol n-Butyllithium gestartet. Die Polymerisationstemperatur wird isotherm bei 70 °C gehalten. Nach 30 Minuten wird eine Probe gezogen und der Umsatz bestimmt. Die Polymerisation wird nach zwei Stunden abgebrochen. Das 3,4-Polyisopren wurde mit 0,5 % BKF stabilisiert und durch Fällung mit Isopropanol/Methanol und anschließende Trocknung bei 50 °C aufgearbeitet. Beispiel 2 In einen 2-1- Stahlautoklaven werden unter Stickstoffatmosphäre 700 g Heptan, 75 g (1,10 mol) Isopren und 0,629 g DEME (4,25 mmol) als Modifier eingefüllt. Nach der Temperierung auf 70 °C wird der Reaktorinhalt nach der Zugabe von 0,95 ml l%iger benzolischer o-Phenanthrolin-Lösung mit 0,4 mmol n-Butyllithium (14%ige Lösung in Hexan) bis zum Farbumschlag austitriert und die Polymerisation durch Zugabe von 0,85 mmol n-Butyllithium gestartet. Die Polymerisationstemperatur wird isotherm bei 70 °C gehalten Nach 30 Minuten wird eine Probe gezogen und der Umsatz bestimmt. Die weitere Aufarbeitung erfolgt wie in Beispiel 1.700 g of heptane, 75 g (1.10 mol) of isoprene and 0.689 g of TEE (4.25 mmol) as modifiers are introduced into a 2-1 steel autoclave under a nitrogen atmosphere. After tempering to 70 ° C., the reactor contents are titrated with 0.4 mmol of n-butyllithium (14% solution in hexane) until the color changes, after addition of 1 ml of 1% benzene o-phenanthroline solution, and the polymerization is carried out by adding started from 0.85 mmol n-butyllithium. The polymerization temperature is kept at 70 ° C isothermally. After 30 minutes, a sample is taken and the conversion is determined. The polymerization is stopped after two hours. The 3,4-polyisoprene was stabilized with 0.5% BKF and worked up by precipitation with isopropanol / methanol and subsequent drying at 50 ° C. Example 2 700 g of heptane, 75 g (1.10 mol) of isoprene and 0.629 g of DEME (4.25 mmol) are introduced as modifiers into a 2-1 steel autoclave under a nitrogen atmosphere. After the temperature has been raised to 70 ° C., the contents of the reactor are titrated with 0.4 mmol of n-butyllithium (14% strength solution in hexane) until the color changes, after addition of 0.95 ml of 1% benzene o-phenanthroline solution, and the polymerization started by adding 0.85 mmol of n-butyllithium. The polymerization temperature is kept isothermally at 70 ° C. After 30 minutes, a sample is taken and the conversion is determined. Further processing is carried out as in Example 1.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.The results of these tests are summarized in Table 1.
Tabelle 1: Polymerisation von Isopren bei 70 °C Molverhältnis Modifier -/n-BuLi = 5/1Table 1: Polymerization of isoprene at 70 ° C molar ratio modifier - / n-BuLi = 5/1
Claims
Patentansprüche: claims:
Verfahren zur Herstellung von gegebenenfalls gekuppelten blockfreien Polymerisaten auf Basis von konjugierten Dienen oder Copolymerisaten auf Basis von konjugierten Dienen und vinylaromatischen Verbindungen durch anionische Polymerisation in einem inerten organischen Lösungsmittel in Gegenwart eines Katalysatorsystems, dadurch ekennzeichnet, daß das Katalysatorsystem (a) mindestens eine lithiumorganische Verbindung als Initiator, (b) mindestens eine polare mehrzähnige Acetal Verbindung als Modifier und (c) gegebenenfalls mindestens ein Alkoholat umfaßt.Process for the preparation of optionally coupled non-blocking polymers based on conjugated dienes or copolymers based on conjugated dienes and vinylaromatic compounds by anionic polymerization in an inert organic solvent in the presence of a catalyst system, characterized in that the catalyst system (a) comprises at least one organolithium compound as Initiator, (b) comprises at least one polar multidentate acetal compound as a modifier and (c) optionally at least one alcoholate.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkoholat ein Alkoholat der folgenden allgemeinen Formel M1 - OR* oder R'O-M -OR" eingesetzt wird, wobei • M ein Alkalimetall, vorzugsweise Lithium, Kalium oder Natrium, bezeichnet; • M ein Erdalalkalimetall, vorzugsweise Calcium oder Magnesium, bezeichnet; und R' und R", jeweils unabhängig voneinander, einen Alkyl-, Aryl-, Aryl- alkylrest oder einen Kohlenwasserstoffrest, welcher Sauerstoff und/ oder Stickstoff enthält, bezeichnen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Modifier die folgenden Alkylacetale gemäß der allgemeinen Formel (I)2. The method according to claim 1, characterized in that an alcoholate of the following general formula M 1 - OR * or R'OM -OR "is used as the alcoholate, where • M denotes an alkali metal, preferably lithium, potassium or sodium; • M denotes an alkaline earth metal, preferably calcium or magnesium; and R 'and R ", each independently of one another, denote an alkyl, aryl, arylalkyl radical or a hydrocarbon radical which contains oxygen and / or nitrogen. Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the following alkyl acetals according to the general formula (I) are used as modifiers
eingesetzt werden, wobei:can be used, whereby:
• A einen Rest -OR1 oder einen Rest -NR4R5 bezeichnet, wobei R1, R4 und R5, jeweils unabhängig voneinander, einen CrC4-Alkylrest bezeichnen;A denotes a radical -OR 1 or a radical -NR 4 R 5 , where R 1 , R 4 and R 5 , each independently of the other, denote a C r C 4 alkyl radical;
• B einen CrC4-Alkylrest oder einen Rest -OR6 mit R6 = CrC4-Alkyl bezeichnet oder Wasserstoff ist;• B denotes a C r C 4 alkyl radical or a radical -OR 6 with R 6 = C r C 4 alkyl or is hydrogen;
• R7 einen C , -C4- Alkylrest bezeichnet oder Wasserstoff ist;• R 7 denotes a C, -C 4 alkyl radical or is hydrogen;
• R und R , jeweils unabhängig voneinander, CrC - Alkylreste dar- stellen oder aber R und R miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Alkylengruppe, insbesondere eine Ethylen-, Propylen- oder Butylengruppe, bilden, um einen fünf-, sechs- oder siebengliedrigen Ring (1,3-Dioxolan-, 1,3-Dioxan- oder 1,3-Dioxepanring) auszubilden; • m gleich 0 oder 1 ist; und • n gleich 0, 1 oder 2 ist; jedoch mit der Maßgabe, daß A einen Rest -OR1 , wie zuvor definiert, und B einen Rest -OR6, wie zuvor definiert, bezeichnet, wenn n = 0 und m = 0 gilt.• R and R, each independently of one another, represent C r C - alkyl radicals or else R and R are bonded to one another and together form an alkylene group, in particular an ethylene, propylene or butylene group, by a five, six or to form a seven-membered ring (1,3-dioxolane, 1,3-dioxane or 1,3-dioxepane ring); • m is 0 or 1; and • n is 0, 1 or 2; but with the proviso that A denotes a residue -OR 1 , as previously defined, and B denotes a residue -OR 6 , as previously defined, when n = 0 and m = 0.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Modifier die folgenden Alkylacetale gemäß der allgemeinen Formel (I a)
eingesetzt werden, wobei • A einen Rest -OR1 oder einen Rest -NR4R5 bezeichnet, wobei R1, R4 und R5, jeweils unabhängig voneinander, einen CrC -Alkylrest bezeichnen; • B einen CrC4-Alkylrest oder einen Rest -OR6 mit R6 = CrC4-Alkyl bezeichnet oder Wasserstoff ist; • R und R , jeweils unabhängig voneinander, CrC4- Alkylreste darstellen; und • n gleich 0, 1 oder 2 ist.Process according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the following alkyl acetals according to the general formula (I a) are used as modifiers are used, wherein • A denotes a radical -OR 1 or a radical -NR 4 R 5 , where R 1 , R 4 and R 5 , each independently of the other, denote a C r C alkyl radical; • B denotes a C r C 4 alkyl radical or a radical -OR 6 with R 6 = C r C 4 alkyl or is hydrogen; • R and R, each independently of one another, represent C r C 4 alkyl radicals; and • n is 0, 1 or 2.
5. Verfahren nach Anspmch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reste R bis R5, jeweils unabhängig voneinander, einen Methyl- oder Ethylrest, vorzugsweise einen Ethylrest, darstellen, der Rest B Wasserstoff bezeichnet und n gleich 0 oder 1 ist.5. The method according to Anspmch 4, characterized in that the radicals R to R 5 , each independently of the other, represent a methyl or ethyl radical, preferably an ethyl radical, the radical B denotes hydrogen and n is 0 or 1.
Verfahren nach Anspmch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylreste R1 bis R5, jeweils unabhängig voneinander, einen Methyl- oder Ethylrest darstellen, der Rest A eine Gmppe -OR1, wie zuvor definiert, bedeutet, der Rest B Wasserstoff bezeichnet und n gleich 0 oder 1 ist.Process according to Claim 4 or 5, characterized in that the alkyl radicals R 1 to R 5 , each independently of one another, represent a methyl or ethyl radical, the radical A denotes a group —OR 1 , as previously defined, and the radical B denotes hydrogen and n is 0 or 1.
Verfahren nach Anspmch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Modifier Alkylacetale eingesetzt werden, die ausgewählt sind aus der Gmppe von 1,1,2-Triethoxyethan, l,l-Diethoxy-2-methoxyethan, 1-Ethoxy- 1 ,2-dimethoxyethan, 1 , 1 ,2-Trimethoxyethan, 2-Ethoxy- 1 , 1 -dimethoxy- ethan, 1,2-Diethoxy-l-methoxyethan und (2-Methoxyethoxy)-acetalde- hyddimethylacetal.
Process according to Claim 3 or 4, characterized in that alkyl acetals selected from the group of 1,1,2-triethoxyethane, l, l-diethoxy-2-methoxyethane, 1-ethoxy-1, 2- dimethoxyethane, 1, 1, 2-trimethoxyethane, 2-ethoxy-1, 1-dimethoxy-ethane, 1,2-diethoxy-l-methoxyethane and (2-methoxyethoxy) -acetalde-hyddimethylacetal.
8. Verfahren nach Anspmch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Modifier Alkylacetale eingesetzt werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe von 1,1,2,2-Tetraethoxyethan, 1,1,2,2-Tetramethoxyethan, 1,1,3,3- Tetraethoxypropan und 1,1,3 ,3-Tetramethoxypropan.8. The method according to Anspmch 3 or 4, characterized in that alkyl acetals are used as modifiers, which are selected from the group of 1,1,2,2-tetraethoxyethane, 1,1,2,2-tetramethoxyethane, 1,1, 3,3-tetraethoxypropane and 1,1,3, 3-tetramethoxypropane.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Modifier die folgenden substituierten 1,3-Dioxolane gemäß der allgemeinen Formel (I b)9. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the following substituted 1,3-dioxolanes according to the general formula (I b) as modifiers
eingesetzt werden, wobei der Rest R unabhängig voneinander einen Cr C4-Alkylrest oder Wasserstoff bezeichnet, x gleich 0, 1 oder 2 ist und die s o in Reste R , R und R , jeweils unabhängig voneinander, CrC4- Alkylreste darstellen. are used, the radical R independently denoting a C r C 4 alkyl radical or hydrogen, x being 0, 1 or 2 and which in radicals R, R and R, each independently of one another, represent C r C 4 alkyl radicals ,
10. Verfahren nach Anspmch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest R einen Methyl- oder Ethylrest, vorzugsweise einen Methylrest, darstellt, die Reste R9 und R10, jeweils unabhängig voneinander, Methyl- oder Ethylreste darstellen, der Rest R Wasserstoff ist und x gleich 0 ist.10. The method according to Anspmch 9, characterized in that the radical R represents a methyl or ethyl radical, preferably a methyl radical, the radicals R 9 and R 10 , each independently of the other, represent methyl or ethyl radicals, the radical R is hydrogen and x is 0.
11. Verfahren nach Anspmch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifier ausgewählt ist aus 2,2-Dimethoxymethyl-l,3-dioxolan und 2,2- Diethoxymethyl- 1 ,3-dioxolan.11. The method according to Anspmch 9 or 10, characterized in that the modifier is selected from 2,2-dimethoxymethyl-1,3-dioxolane and 2,2-diethoxymethyl-1,3-dioxolane.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkoholate von Alkoholen abgeleitet sind, welche aus der Gruppe der folgenden Alkohole ausgewählt sind: Dimethylethanolamin, N,N- Diethylethanolamin, N-Methyldiethanolamin, N-Ethyldiethanolamin, N- Butyldiethanolamin, Triethanolamin, N,N-Dimethylisopropanolamin, N- Methyldiethanolamin, 2-(2-(Dimethylamino)ethyl)-methylaminoethanol, 2-(2-(Dimethylamino)ethoxy)ethanol, Tetrahydrofurfurylalhohol, 2-Hy-
droxymethyl-l,3-dioxolan, N-(2-Hydroxyethyl)-morpholin, tert.-Buta- nol, 2,2-Diethoxyethanol oder 2,2-Dimethoxyethanol.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the alcoholates are derived from alcohols which are selected from the group of the following alcohols: dimethylethanolamine, N, N-diethylethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, N- Butyldiethanolamine, triethanolamine, N, N-dimethylisopropanolamine, N- methyldiethanolamine, 2- (2- (dimethylamino) ethyl) methylaminoethanol, 2- (2- (dimethylamino) ethoxy) ethanol, tetrahydrofurfuryl alcohol, 2-hy- Droxymethyl-1,3-dioxolane, N- (2-hydroxyethyl) morpholine, tert-butanol, 2,2-diethoxyethanol or 2,2-dimethoxyethanol.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorsystem kein Alkoholat (c) umfaßt und/oder daß die Modifier (b), wie in den Ansprüchen 1 bis 11 definiert, allein, ohne gleichzeitige Gegenwart eines Alkoholats (c), mit dem lithiumorganischen Initiator eingesetzt werden.13. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the catalyst system comprises no alcoholate (c) and / or that the modifiers (b), as defined in claims 1 to 11, alone, without the simultaneous presence of an alcoholate ( c), are used with the organolithium initiator.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis Initiator/Alkoholat im Bereich von 1 : 0,1 bis 1 : 10, vorzugsweise 1 : 0,1 bis 1 : 1, liegt.14. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the molar ratio initiator / alcoholate is in the range from 1: 0.1 to 1:10, preferably 1: 0.1 to 1: 1.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation bei konstanter Temperatur oder ansteigender Temperatur, insbesondere im Temperaturbereich von 40 °C bis 150 °C, bevorzugt bei Temperaturen oberhalb von 70 °C, durchgeführt wird und/ oder daß die Polymerisation als Batchprozeß oder als kontinuierliche Polymerisation durchgeführt wird.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the polymerization is carried out at constant temperature or increasing temperature, in particular in the temperature range from 40 ° C to 150 ° C, preferably at temperatures above 70 ° C and / or that the polymerization is carried out as a batch process or as a continuous polymerization.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkoholat 2,2-Diethoxyethanol oder 2,2-Dimetho- xyethanol eingesetzt wird, insbesondere wobei in diesem Fall das Alkoholat (c) allein, ohne Modifier (b), eingesetzt werden kann, wobei Styrol, Butadien und/oder Isopren in diesem Fall als Monomere besonders bevorzugt eingesetzt werden.16. The method according to any one of claims 1 to 12, 14 or 15, characterized in that 2,2-diethoxyethanol or 2,2-dimethoxyethanol is used as the alcoholate, in particular in which case the alcoholate (c) alone, without Modifier (b) can be used, styrene, butadiene and / or isoprene being particularly preferably used as monomers in this case.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Monomergemische eingesetzt werden, wobei sich die Prozentangaben jeweils auf das Gewicht der Mischung beziehen: (i) Gemisch aus Isopren und bis zu 75 Gew.-% Butadien (ii) Gemisch aus Isopren und bis zu 50 Gew.-% Styrol (iii) Gemisch aus Butadien und bis zu 50 Gew.-% Styrol
(iv) Gemisch aus 15 bis 75 Gew.-% Butadien, 20 bis 85 Gew.-% Isopren und bis zu 50 Gew.-% Styrol.17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the following monomer mixtures are used, the percentages based in each case on the weight of the mixture: (i) mixture of isoprene and up to 75% by weight of butadiene (ii ) Mixture of isoprene and up to 50% by weight of styrene (iii) Mixture of butadiene and up to 50% by weight of styrene (iv) A mixture of 15 to 75% by weight of butadiene, 20 to 85% by weight of isoprene and up to 50% by weight of styrene.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Modifier, wie in den Ansprüchen 1 bis 1 1 definiert, in beliebiger Kombination miteinander eingesetzt werden können und/oder daß Modifier, wie in den Ansprüchen 1 bis 11 definiert, über den Verlauf der Polymerisation dosiert zugegeben werden, insbesondere wobei eine zwei- bis dreimalige Dosiemng besonders bevorzugt wird, und/oder daß das Molverhältnis Modifier/Initiator insbesondere im Bereich von 0,1 : 1 bis 15 : 1 , vorzugsweise 1 : 1 bis 5 : 1, liegt.18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the modifiers, as defined in claims 1 to 1 1, can be used in any combination with one another and / or that modifiers, as defined in claims 1 to 11, dosed over the course of the polymerization, in particular with a two to three dosing being particularly preferred, and / or in that the molar ratio of modifier / initiator is in particular in the range from 0.1: 1 to 15: 1, preferably 1: 1 to 5 : 1, lies.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Polymerisationsansatz zum Ende der Reaktion ein Kupp- lungsmittel zusetzt.19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that a coupling agent is added to the polymerization batch at the end of the reaction.
20. Verfahren nach Anspmch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kupplungsmittel Aromaten mit mehreren Vinylgmppen, Alkylaromaten mit mehreren Vinylgmppen, wie Di- oder Trivinylbenzol, oder Silici- umtetrachlorid oder Zinntetrachlorid einsetzt.20. The method according to Anspmch 19, characterized in that aromatics with several vinyl groups, alkyl aromatics with several vinyl groups, such as di- or trivinylbenzene, or silicon tetrachloride or tin tetrachloride are used as coupling agents.
21. Polymerisate, herstellbar gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 20.21. Polymers which can be prepared by the process according to claims 1 to 20.
22. Verwendung der gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 20 erhältlichen Polymerisate zur Herstellung von Dämpfungsmaterialien, Reifen und Reifenbauteilen, wie Reifenlaufflächen oder -seitenwänden.22. Use of the polymers obtainable by the process according to claims 1 to 20 for the production of damping materials, tires and tire components, such as tire treads or sidewalls.
23. Verwendung der gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 20 erhältlichen Polymerisate zur Herstellung von technischen Gummiartikeln.23. Use of the polymers obtainable by the process according to claims 1 to 20 for the production of technical rubber articles.
24. Verwendung der gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 20 erhältlichen Polymerisate zur Modifizierung von Kunststoffen.
24. Use of the polymers obtainable by the process according to claims 1 to 20 for modifying plastics.
25. Verwendung des Katalysatorsystems, wie in den Ansprüchen 1 bis 20 definiert, zur Herstellung von (Co-)Polymeren auf Basis von konjugierten Dienen und gegebenenfalls monovinylaromatischen Verbindungen.25. Use of the catalyst system as defined in claims 1 to 20 for the production of (co) polymers based on conjugated dienes and optionally monovinylaromatic compounds.
26. Verwendung des Katalysatorsystems, wie in den Ansprüchen 1 bis 20 definiert, für die anionische Polymerisation, insbesondere für die anionische Polymerisation von mindestens zwei Monomeren aus der Gmppe von Butadien, Isopren und Styrol.26. Use of the catalyst system as defined in claims 1 to 20 for the anionic polymerization, in particular for the anionic polymerization of at least two monomers from the group of butadiene, isoprene and styrene.
27. Dämpfungsmaterialien, Reifen und Reifenbauteile, wie Reifenlaufflächen oder -seitenwände, sowie technische Gummiartikel, hergestellt auf Basis von gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 20 erhältlichen Polymerisaten.
27. Damping materials, tires and tire components, such as tire treads or sidewalls, as well as technical rubber articles, produced on the basis of polymers obtainable by the process according to claims 1 to 20.
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